用批判理性詮釋科學研究 創(chuàng)對話課程陶冶科學精神

廖興建

(重慶市沙坪壩區(qū)教師進修學院 重慶 400030)

科學精神是中國學生六大核心素養(yǎng)之一。自20世紀以來，通過對實證主義“證實”觀的批判，波普爾建立的以“證偽”為核心的批判理性主義哲學得到普遍的認同，已經(jīng)成為當下主流的科學精神。對科學知識的性質(zhì)、來源和發(fā)展等方面，實證主義與批判理性主義的觀點差異巨大，批判理性主義與庫恩的歷史主義科學哲學、建構(gòu)主義持有相對一致的主觀主義知識觀。本文結(jié)合科學探究實例，應用批判理性主義的理論進行如下詮釋。

1 批判理性主義“P1→TT→EE→P2”的知識增長模型簡介

實證主義的歸納法中存在的邏輯錯誤被稱為“休謨問題”。波普爾對該錯誤舉例說：即使我們觀察到成千上萬只白天鵝，也不足以證實“所有的天鵝都是白的”這樣一個“全稱陳述”，因為平時的觀察不可能窮盡所有天鵝。然而，只要發(fā)現(xiàn)“有一只天鵝是黑色的”，便可以證偽這一判斷[1]。通過對實證主義歸納法的批判，波普爾認為任何科學理論都是試探性的、暫時的和推測性的，并提出了科學知識的動態(tài)增長模型：P1→TT→EE→P2。其中P代表“問題”，“TT”代表為解決問題“P1”而通過猜想提出的“試探性學說”，它可能在部分或整體上是錯誤的，這就需要通過“EE”(排錯)對試探性理論進行證偽、批判、檢驗(反駁)，或修改、或放棄，這樣舊的問題得以解決，新的問題“P2”得以產(chǎn)生，導致進行第二次、第三次……如此推動著科學理論不斷地創(chuàng)新和發(fā)展。所以，波普爾說：“應當把科學設(shè)想為從問題到問題的不斷進步，即從問題到愈來愈深刻的問題。”

2 用知識增長模型詮釋科學研究，領(lǐng)會科學發(fā)現(xiàn)的邏輯

據(jù)有關(guān)調(diào)查表明，學生對生物學史比較感興趣，但目前的教材由于篇幅有限等原因?qū)τ谏锟茖W史的還原不夠充分[2]。應用知識增長模型來詮釋科學演化史，可以獲得大量有科學精神教育價值的信息?！癉NA是主要的遺傳物質(zhì)”這節(jié)內(nèi)容所探究的假設(shè)，就是關(guān)于遺傳物質(zhì)的“理論”，下面以其中的研究片段為例，詮釋如下。

P1問題：遺傳物質(zhì)是DNA還是蛋白質(zhì)？該如何來展開這個研究？

格里菲斯肺炎雙球菌實驗及其發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，為解決上述問題提供了研究的材料和方法。

TT1：遺傳物質(zhì)是DNA、蛋白質(zhì)或者多糖。

EE1：艾弗里將S型肺炎雙球菌的DNA、蛋白質(zhì)、多糖等提純后分別與R型肺炎雙球菌進行轉(zhuǎn)化，實驗結(jié)果表明：肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA(單稱陳述)。即TT1經(jīng)過修改，得到的實驗結(jié)論是“DNA是遺傳物質(zhì)”(全稱陳述)。

但是，這個理論與當時費伯斯·列文對DNA分子的研究結(jié)果“四核苷酸”假說(DNA分子是由核糖、磷酸和四種堿基組成的極其簡單的四核苷酸小分子)發(fā)生嚴重的邏輯沖突，學界不相信小分子的DNA能控制遺傳。導致艾弗里的實驗得到的結(jié)論遭到懷疑、否定，甚至是責難和偏見。但艾弗里堅信自己的實驗結(jié)果，一遍又一遍地不斷研究，提高DNA的純度。

P1問題的解決需要繼續(xù)尋找更加嚴格的方法來檢驗，但此時的問題情境已經(jīng)發(fā)生了變化，可以命名為P2。赫爾希、蔡斯根據(jù)噬菌體的特點，采用放射性同位素標記法來檢驗。于是他們提出TT2：遺傳物質(zhì)是DNA，或者是蛋白質(zhì)。

EE2：1953年，經(jīng)過實驗檢驗、修正后的“遺傳物質(zhì)理論”為“DNA是遺傳物質(zhì)”，并迅速得到學界廣泛的認同。這是怎么回事？原來隨DNA分子研究技術(shù)的進步，“四核苷酸”學說被徹底否定，為DNA作為遺傳物質(zhì)掃清了障礙。此時問題情境就進化到了P3。

由于“DNA是遺傳物質(zhì)”是從肺炎雙球菌、噬菌體等個案實驗經(jīng)推理得到的“全稱陳述”，因此完全可以質(zhì)疑：所有生物的遺傳物質(zhì)都是DNA嗎？有科學家發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒的物質(zhì)組成是RNA和蛋白質(zhì)，沒有DNA。

TT3：RNA也是遺傳物質(zhì)。

EE3：1956年，F(xiàn)raenkel—Corat用煙草花葉病毒進行了重建實驗，實驗結(jié)果檢驗表明：煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。經(jīng)過批判，“遺傳物質(zhì)理論”再次修正為：“絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，少數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是RNA”。

按此思路可以詮釋的例子很多，只要打開生物科學史，比比皆是：如生物進化理論、細胞分化理論、細胞膜的結(jié)構(gòu)模型、中心法則和基因遺傳定律，等。正如波普爾所說：“科學史不應該看成理論的歷史，而應該看成問題情境及其變化的歷史[3]?！?/p>

3 創(chuàng)建對話課程，陶冶學生的科學精神

3.1 用疑難的問題情境開啟學習之旅，認同探究需要理性質(zhì)疑、大膽猜想的科學精神 “科學始于問題”是波普爾科學知識增長論的重要命題。知識絕對不能始于虛無，它總是起源于鑲嵌在一定背景知識中的內(nèi)在期望及其問題。科學的學習也是如此，必須從問題的情境開始，理解問題就必須理解問題的情境。

例如，前文的“P1”在教學時就可做如下的表述：“自1900年孟德爾定律重新發(fā)現(xiàn)后得到廣泛傳播，孟德爾的遺傳因子也就是后來約翰遜命名的基因，摩爾根已經(jīng)將其定位到染色體上。但有個問題一直困擾著科學家：在已經(jīng)知道染色體由DNA和蛋白質(zhì)組成的情況下，遺傳物質(zhì)究竟是DNA還是蛋白質(zhì)呢？雖然大多數(shù)科學家根據(jù)分子大小傾向于蛋白質(zhì)，但并沒有可靠的實驗證據(jù)支持。你認為該如何來展開這個研究呢？請大家談談研究的思路?！痹诮酉聛淼幕顒又校ㄟ^學生對研究思路的初步分享和尋找研究材料的困境，可“邀約”學生自學肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗，并領(lǐng)悟這一實驗給解決“P1”帶來的重大研究價值。據(jù)此思路，可繼續(xù)創(chuàng)建P2、P3的問題情境，使研究繼續(xù)沿知識增長模型的路徑不斷地循環(huán)。使學生意識到：科學理論的發(fā)展不僅需要理性的質(zhì)疑，而且還需要大膽猜想的創(chuàng)造精神，因為任何一個理論都有被證偽的潛在風險。

3.2 通過反思性對話，感悟科學探究中嚴格反駁的批判實證精神 在學習中，學生產(chǎn)生了很多錯誤印象：“孟德爾對豌豆一選就準”“科學家提出假設(shè)，一經(jīng)檢驗都是正確的”等，這往往與反思性的對話不充分有關(guān)。對教學來說，反思性的對話是尋求意義轉(zhuǎn)向的樞軸，是教學的重要法寶。

例如，在前文的實例中教師可提出以下的問題來讓學生反思：“經(jīng)過艾弗里的實驗檢驗，人們已經(jīng)知道了DNA是遺傳物質(zhì)。請同學們看看教材第44頁，為什么還有一個證明實驗，難道艾弗里的實驗結(jié)果不可靠嗎？大家可以猜猜看，都有哪些可能的原因呢？”經(jīng)過學生的分享、推測，然后教師補充“四核苷酸”理論的沖突。再進一步設(shè)問：“這個事實說明了什么呢？”就可以把學生的思維引領(lǐng)到對科學理論成立條件的思考上。“當艾弗里的實驗結(jié)論與四核苷酸理論發(fā)生沖突而受到質(zhì)疑時，艾弗里是怎么做的？赫爾希、蔡斯又是怎么做的？”通過該問，一是把學生引領(lǐng)到如何理性地、批判地對待沖突的態(tài)度上；二是通過艾弗里對實驗不斷地嚴謹求證、赫爾希、蔡斯應用同位素示蹤法進行更嚴格的檢驗，都體現(xiàn)了對科學理論的批判和檢驗是建立在探究實驗基礎(chǔ)之上，這就是科學研究的批判和實證精神。

3.3 創(chuàng)設(shè)主流科學理論的疑難情境，激發(fā)學生的科學使命感 實證主義客觀的、旁觀的和封閉的知識觀，與理論相關(guān)的反例或不能解釋的疑難都成了干擾學習的因素。如此就養(yǎng)成了對科學理論不再質(zhì)疑、完全接受的態(tài)度。但從批判理性主義觀點看來，科學理論不是絕對的真理，而是假說，是暫時的。即便是當下主流的科學理論，仍然是有待發(fā)展完善的存在。適當?shù)貙⒅髁骼碚撚龅降姆蠢?、疑難和局限性等問題情境給予學生，能激發(fā)部分學生產(chǎn)生強烈的使命感。

例如，對遺傳物質(zhì)理論可結(jié)合朊病毒的發(fā)現(xiàn)進行開放式的設(shè)問總結(jié)：“通過學習，我們知道絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，少數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是RNA。這個結(jié)論是不是就是完全正確的呢？1982年，科學家在研究瘋牛病時就發(fā)現(xiàn)了一種新的病毒——朊病毒，它沒有DNA、 RNA，只有蛋白質(zhì)。那是不是意味著遺傳物質(zhì)的理論又將再一次的面臨修正和發(fā)展呢？建議大家課后查閱資料，繼續(xù)探究。”又如，對向光性的探討，“關(guān)于向光性的原因，還有不同說法和爭議。在教材第48頁的小字部分就提出了相反的研究證據(jù)。目前，關(guān)于向光性原因的研究還在繼續(xù)，因為科學的發(fā)展就是在爭議和質(zhì)疑中前進，也歡迎大家加入研究者的行列?！闭缰R增長模型所顯示的，解決了P1，或早或遲總會產(chǎn)生P2。在生物學領(lǐng)域，由于生物的多樣性，很多頂級的、主流的理論都面臨著新證據(jù)的挑戰(zhàn)，可以應用開放式總結(jié)的例子還有很多。再如，流動鑲嵌模型原有的流動無序性和均質(zhì)性在解釋生物膜上有序的化學反應時就存在局限；RNA編輯的發(fā)現(xiàn)、以蛋白質(zhì)為模板的肽鏈合成等，都極大地挑戰(zhàn)了中心法則原有的理論框架。

3.4 理性對待知識增長中的錯誤，涵養(yǎng)科學的人文精神 在有些科學教材中，往往對科學發(fā)展中的錯誤和提出錯誤見解的科學家進行批評。根據(jù)知識增長的進化理論，即便是正常的科學研究，總有時代的局限性，出現(xiàn)錯誤是必然的，但如何對待這些錯誤卻指向科學的人性。波普爾在《猜想與反駁》的序言中，特別強調(diào)：“我們能夠從我們的錯誤中學習?！辈⒄J為，科學的態(tài)度就是批判的態(tài)度，批判是對錯誤的批判，但批評別人及其理論的錯誤，或基于自尊執(zhí)著自己的錯誤，都不是科學的理性態(tài)度，這是教師在教學中應予以關(guān)注和反思的。

例如，當對遺傳物質(zhì)的爭論塵埃落定之后，可進一步地設(shè)問反思：“通過學習已經(jīng)知道，噬菌體實驗的結(jié)果再次表明艾弗里的實驗結(jié)論是正確的。因此，要對艾弗里的實驗成果受到的懷疑、不公，表示歉意；對他們當年對自己研究結(jié)果的堅定、執(zhí)著，應心生敬意；但對提出錯誤“四核苷酸”假說的費伯斯·列文，需要進行譴責嗎？”以此將反思的方向引導到如何對待科學的“錯誤”上，是該“批判”還是“批評”？批判而非批評錯誤，是為了探索真理。只要知識在進化，錯誤也是科學理論的有機組成部分。若是將批判轉(zhuǎn)換為批評，讓學生嘲笑、貶低以前科學家的研究水平和智慧，以此來彰顯我們當代人的聰明、高深，甚至是優(yōu)越感，這是非常錯誤的。

無論是批判、質(zhì)疑別人還是自己的錯誤，都應該持有科學的理性態(tài)度和精神。因為知識確定性的喪失鼓勵我們，既要理性地用嚴謹求證的方式捍衛(wèi)主張，同時也要開放性地保持與他人進行對話和交流。